WO2023274633A1 - Rotor mit einer endplatte mit einer vertiefung - Google Patents

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WO2023274633A1
WO2023274633A1 PCT/EP2022/063985 EP2022063985W WO2023274633A1 WO 2023274633 A1 WO2023274633 A1 WO 2023274633A1 EP 2022063985 W EP2022063985 W EP 2022063985W WO 2023274633 A1 WO2023274633 A1 WO 2023274633A1
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WO
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rotor
laminated core
end plate
magnet
magnets
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/063985
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English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Rubi
Alexander Schlereth
Kay Lemmert
Sebastian Dieterich
Stephan Hellmuth
Robert Werner
Robin Büsch
Christoph Wieczorek
Original Assignee
Valeo Eautomotive Germany Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Eautomotive Germany Gmbh filed Critical Valeo Eautomotive Germany Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/12—Impregnating, heating or drying of windings, stators, rotors or machines

Definitions

  • Rotor having an end plate with a cavity
  • the invention relates to a rotor for an electric machine, an electric machine with a rotor, a vehicle with an electric machine and a method for producing a rotor.
  • the rotor has a laminated core formed from stacked electrical laminations (rotor core) with magnet pockets arranged therein and a plurality of magnets, of which at least one is inserted in each of the magnet pockets.
  • Electrical machines with such rotors are increasingly being used in electrically powered vehicles and hybrid vehicles, primarily as electric motors for driving wheels or axles of the vehicles.
  • Such an electric motor is usually mechanically coupled to a gear for speed adjustment.
  • the electric motor is usually electrically coupled to an inverter, which generates an AC voltage for the operation of the electric motor, for example a polyphase AC voltage, from a DC voltage supplied by a battery.
  • the attachment of the electrical laminations required for this can be implemented with a compressive force or prestress acting on the laminated core in the axial direction.
  • the compressive force can be adjusted using two end plates attached to the Axial sides of the laminated core are arranged, are applied to the laminated core.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a rotor for an electrical machine with a laminated core whose electrical laminations are securely fastened, with damage to magnets arranged in the magnet pockets of the laminated core being avoided.
  • the invention provides for a rotor of the type mentioned at the outset that the rotor has a first end plate arranged on one axial side of the laminated core and a second end plate arranged on the opposite axial side of the laminated core.
  • the inside of the first end plate has a depression which axially covers a magnet arranged on the first end plate.
  • the invention is based on the consideration of using the end plates to exert a compressive force acting in the axial direction on the laminated core, so that the electrical laminations are securely fastened. Because of the indentation on the inside of the first end plate (facing the laminated core), there is a gap between the magnet and the end plate.
  • the magnet is at a distance from the recess (or its base). This prevents damage to the magnet.
  • the fact that the indentation covers the magnet axially can be understood in such a way that the indentation protrudes beyond the magnet in every direction of a radial plane (or every direction running in a radial plane). In particular, the indentation can protrude radially beyond each side face of the magnet.
  • the recess can also axially cover the magnet pocket in which the magnet is arranged. This can be understood in such a way that the indentation protrudes beyond the magnet pocket in every direction of a radial plane (or every direction running in a radial plane).
  • the indentation can protrude radially beyond each side surface of the magnetic pocket.
  • such a depression can be provided for each magnet, which depression axially covers the magnet.
  • such a depression can axially cover a plurality of adjacent magnets, which are each arranged on the first end plate.
  • the laminated core can be formed from the electrical laminations by these being welded, glued, stamped or fastened to one another in some other way.
  • the laminated core can have a cylindrical shape.
  • each electrical lamination can have a central opening which, in the installed state, forms an axial borehole in the laminated core through which a rotor shaft of the rotor can lead.
  • the axis of the rotor shaft or the rotor corresponds to the axial axis of the laminated core.
  • the laminated core can be composed of a plurality of laminated core segments, it being possible for one or more of the laminated core segments to be twisted relative to one or more of the other laminated core segments. In this way, the rotational behavior of the rotor can be improved.
  • the electrical machine can have a stator relative to which the rotor can rotate.
  • the stator can have a further laminated core (stator core), which is formed from stacked electrical laminations.
  • stator can have windings of electrical conductors, for example as coil windings or flat wire windings.
  • the magnets used in one (or more) of the magnet pockets are preferably lined up axially. As a result, the magnets can simply be inserted or pushed into the magnet pocket one after the other when assembling the rotor.
  • the magnet pockets can be distributed along the circumference of the laminated core, for example at equal distances from one another.
  • the magnetic pockets and the magnets arranged in them can each have different sizes.
  • magnet stacks The magnets lined up axially are referred to as "magnet stacks”.
  • the rotor can have several such magnet stacks, each of which is arranged in a magnet pocket.
  • only a single magnet can be arranged in one or more magnet pockets instead of a plurality of magnets.
  • one of the magnetic pockets can be formed like a "blind hole" in the laminated core, the magnetic pocket being open on the axial side of the laminated core facing the first end plate and being closed on the opposite axial side of the laminated core.
  • the second end plate cannot come into direct contact with one of the magnets in the magnet pocket.
  • a development of the invention provides that the magnet arranged on the first end plate protrudes into the recess. Basically, the length of the Magnet or a magnet stack to which the magnet belongs, selected so that the magnet is flush with the axial side of the laminated core.
  • the magnet or magnet stack can have a slightly larger axial dimension, so that it protrudes slightly from the laminated core. Furthermore, the protrusion can be caused by an axial pressure on the core that slightly compresses the core. Accordingly, the magnet protrudes into the depression. However, the indentation can be dimensioned or deep such that the magnet does not touch the first end plate despite protruding.
  • the axial dimension of the depression is 1 mm, 2 mm or 3 mm. The measure is thus large enough to reliably prevent the magnet arranged on the first end plate from coming into contact with the end plate.
  • the recess can be connected to a radial vent opening of the first end plate.
  • the connection can be formed, for example, as a depression or cavity in the end plate, which extends radially from the depression to the ventilation opening and through which air can flow.
  • the ventilation opening makes it easier to introduce the casting compound into free spaces between the insides of the magnet pockets and the magnets, in that air can flow out of such a free space via the ventilation opening.
  • the first end plate and the second end plate can be connected to each other using clamping members.
  • the laminated core is permanently subjected to a pretensioning force by the tensioning elements.
  • the electrical steel sheets are thereby pressed together and an unwanted loosening of the electrical steel sheets is avoided even at high speeds.
  • the clamping elements are preferably designed as screws, which can each be secured with a nut on the laminated core.
  • the screws are supported with their screw heads on one of the end plates.
  • the clamping elements can also be designed as threaded rods which are screwed to both sides with nuts.
  • the clamping elements are tensioned by tightening the nuts, so that a certain pretensioning force is exerted on the laminated core, which prevents the stacked electrical laminations of the laminated core from becoming detached from one another.
  • the laminated core can also be braced without screwing.
  • a particularly preferred embodiment of the invention provides that the magnets are cast with a casting compound. Normally the voids are completely filled with potting compound. However, it is also possible to only partially fill the free spaces with casting compound.
  • Epoxy resin, a mixture of an epoxy resin and a hardener, or an adhesive, for example, is suitable as the casting compound.
  • the invention relates to an electrical machine with a rotor of the type described.
  • the electrical machine can have a stator relative to which the rotor can rotate.
  • the stator can have a further laminated core formed from stacked electrical laminations.
  • the stator can have windings of electrical conductors, for example as coil windings or flat wire windings.
  • the machine can be equipped with a housing in which the rotor and the stator are accommodated, with the rotor shaft being able to protrude from the housing.
  • the invention relates to a vehicle with such an electric machine, which is provided for driving the vehicle.
  • the machine can drive a wheel or an axle of the vehicle.
  • the invention relates to a method for producing a rotor for an electrical machine, with the following steps:
  • FIG. 1 a perspective view of a laminated core and a rotor shaft of a rotor according to the invention
  • FIG. 2 shows a section of the laminated core
  • FIG. 3 shows the rotor provided with end plates in a side view
  • FIG. 4 shows a perspective sectional view of the rotor
  • 5 is a sectional view of a portion of the rotor
  • FIG. 6 shows a vehicle with an electric machine with the rotor.
  • the laminated core 2 shown in FIGS. 1 and 2 with the rotor shaft 4 belongs to the rotor according to the invention for an electrical machine.
  • the laminated core 2 encloses the rotor shaft 4 and is composed of electrical laminations which are stacked in the axial direction and which are stamped parts of identical design.
  • the electrical laminations are divided into five laminated core segments, but a different number of laminated core segments or an unsegmented laminated core can also be used.
  • a plurality of magnet pockets 3, 5 are arranged in the laminated core 2 along its circumference, each of which extends from the shown axial side of the laminated core 2 to its opposite axial side.
  • a magnet pocket 3, 5 several cuboid magnets 6, 7 are lined up axially, forming a magnet stack.
  • a total of 32 such magnet stacks are accommodated in the laminated core, although a different number of magnet stacks can also be used.
  • the magnetic pockets 3, 5 are of different sizes. In particular, a distinction can be made between larger magnetic pockets 3 with longer axial openings and smaller magnetic pockets 5 with shorter axial openings. In the larger magnet pockets 3, larger magnets 6 with longer axial faces are lined up axially, while in the smaller magnet pockets 5 smaller magnets 7 with shorter axial faces are lined up axially.
  • Two adjacent larger magnet pockets 3 are arranged symmetrically to one another with respect to a (not shown) radial axis of the laminated core 2, with the two larger magnet pockets 3 forming a V-shape.
  • two adjacent smaller magnet pockets 5 are arranged symmetrically to one another with respect to the radial axis, with the two smaller magnet pockets 5 likewise form a V shape.
  • a different arrangement of the magnetic pockets can also be used.
  • each magnetic pocket 3, 5 has a first free space 8 formed on one side face of the magnetic pocket 3, 5 and a second free space 9 formed on an opposite side face of the magnetic pocket 3, 5, which are separated from one another by a magnet stack.
  • the first free space 8 and the second free space 9 run parallel to one another from one axial side to the opposite axial side of the laminated core 2 , the second free space 9 running radially outside of the first free space 8 .
  • FIG. 3 shows the rotor 1 with a first end plate 10 and a second end plate 11 in a side view.
  • the end plates 10, 11 are arranged on opposite axial sides of the laminated core 2 and are connected to one another using clamping elements.
  • the laminated core 2 is permanently subjected to a compressive force or prestressing force. This prevents the electrical laminations of the laminated core 2 from becoming detached from one another, in particular at high speeds of the rotor 1.
  • FIG. 4 shows a sectional view of the rotor 1.
  • the tensioning elements are in the form of screws 12.
  • Each of the eight screws 12 runs axially through the first end plate 10, the laminated core 2 and the second end plate 11.
  • the end plates 10, 11 and the laminated core 2 are each provided with axial bores.
  • the heads of the screws 12 are arranged on the first end plate 10 and on the second end plate 11 the screws 12 are screwed with nuts (not visible).
  • the first end plate 10 has first filling openings 13 and second filling openings 14 which are intended for filling the rotor core 2 with casting compound.
  • radial vent openings 15 formed in the first end plate 10 are shown, which are used to vent the laminated core 2 when it is filled with casting compound.
  • Figure 5 shows a perspective sectional view of a portion of the rotor. It can be seen there that the first end plate 10 has a depression 16 on its inside, which axially covers the magnet pocket 3 together with the magnet 6 arranged therein.
  • the length and width of the indentation 16 are selected in such a way that it protrudes beyond the magnetic pocket 3 on each side, that is to say the indentation 16 protrudes beyond the magnetic pocket 3 .
  • the magnet 6 protrudes somewhat into the depression 16 . Nevertheless, the axial end face of the magnet 6 is spaced from the recess 16 or its base. As a result, there is no direct contact between the magnet 3 and the first end plate 10.
  • FIG. 6 schematically shows a vehicle 22 with an electric machine 23, which is used to drive the vehicle 22.
  • the machine 22 has a housing 24 in which the rotor 1 according to the invention and a stator 25 which surrounds the rotor 1 are accommodated.
  • the laminated core 2, in which the magnetic pockets 3, 5 are arranged is assembled from stacked electrical laminations.
  • the first end plate 10 is arranged on an axial side of the laminated core 2 .
  • the first end plate 10 has on its inside the depression 16 which axially covers a magnet 6 arranged on the first end plate 10 .
  • the second end plate 11 is arranged on the opposite axial side of the laminated core 2 .
  • the two end plates 10, 11 are braced with the screws 12 and the associated nuts.
  • the rotor 1 thus completed is oriented vertically, with the first end plate 10 at the top.
  • the magnets 6, 7 are cast with a casting compound, so that the free spaces 8, 9 are filled with the casting compound.
  • the casting compound is cured.
  • the rotor shaft 4 can be guided through an axially running central through-opening of the laminated core 2, so that the laminated core 2 encloses the rotor shaft 4 or is attached thereto.

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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Abstract

Rotor (1) für eine elektrische Maschine (23), umfassend ein aus gestapelten Elektroblechen gebildetes Blechpaket (2) mit darin angeordneten Magnettaschen (3, 5), mehrere Magnete (6, 7), von denen in jede der Magnettaschen (3, 5) mindestens einer eingesetzt ist, eine an einer Axialseite des Blechpakets (2) angeordnete erste Endplatte (10), die an ihrer Innenseite eine Vertiefung (16) aufweist, die einen an der ersten Endplatte (10) angeordneten der Magnete (6, 7) axial überdeckt, und eine an der gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets (2) angeordnete zweite Endplatte (11). Daneben werden eine elektrische Maschine (23) mit einem Rotor (1), ein Fahrzeug (22) mit einer elektrischen Maschine (23) und ein Verfahren zur Herstellung des Rotors (1) beschrieben.

Description

Rotor mit einer Endplatte mit einer Vertiefung
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, eine elektrische Maschine mit einem Rotor, ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine und ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors.
Der Rotor weist ein aus gestapelten Elektroblechen gebildetes Blechpaket (Rotorpaket) mit darin angeordneten Magnettaschen und mehreren Magneten auf, von denen in jede der Magnettaschen mindestens einer eingesetzt ist.
Elektrische Maschinen mit derartigen Rotoren werden in zunehmendem Maße in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen und Hybridfahrzeugen verwendet, überwiegend als Elektromotoren zum Antreiben von Rädern oder Achsen der Fahrzeuge.
Ein solcher Elektromotor ist zumeist mechanisch mit einem Getriebe zur Drehzahlanpassung gekoppelt. Daneben ist der Elektromotor in der Regel elektrisch mit einem Wechselrichter gekoppelt, der aus einer von einer Batterie gelieferten Gleichspannung eine Wechselspannung für den Betrieb des Elektromotors erzeugt, beispielsweise eine mehrphasige Wechselspannung.
Möglich ist auch, eine elektrische Maschine mit einem solchen Rotor als Generator zur Rekuperation von Bewegungsenergie eines Fahrzeugs zu betreiben. Hierzu wird die Bewegungsenergie zunächst in elektrische Energie und dann in chemische Energie einer Fahrzeugbatterie des Fahrzeugs umgewandelt.
Es muss sichergestellt werden, dass die gestapelten Elektrobleche des erwähnten Blechpakets ihre Position stets beibehalten, insbesondere bei hohen Drehzahlen. Die dafür nötige Befestigung der Elektrobleche kann mit einer in Axialrichtung auf das Blechpaket wirkenden Druckkraft beziehungsweise Vorspannung realisiert werden. Die Druckkraft kann unter Verwendung von zwei Endplatten, die an den Axialseiten des Blechpakets angeordnet sind, auf das Blechpaket ausgeübt werden.
Allerdings besteht die Gefahr, dass durch die Druckkraft einer der in dem Blechpaket angeordneten Magnete beschädigt wird, beispielsweise bricht. Die Gefahr besteht insbesondere wegen des spröden Material eines solchen Magneten. Weiterhin besteht die Gefahr insbesondere dann, wenn der Magnet aufgrund von Fertigungstoleranzen etwas aus dem Blechpaket herausragt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rotor für eine elektrische Maschine mit einem Blechpaket anzugeben, dessen Elektrobleche sicher befestigt sind, wobei eine Beschädigung von in den Magnettaschen des Blechpakets angeordneten Magneten vermieden wird. Zur Lösung der Aufgabe ist bei einem Rotor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Rotor eine an einer Axialseite des Blechpakets angeordnete erste Endplatte und eine an der gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets angeordnete zweite Endplatte aufweist. Die erste Endplatte besitzt an ihrer Innenseite eine Vertiefung, die einen an der ersten Endplatte angeordneten Magneten axial überdeckt.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, mit den Endplatten eine in Axialrichtung wirkende Druckkraft auf das Blechpaket auszuüben, so dass die Elektrobleche sicher befestigt sind. Dabei besteht wegen der Vertiefung an der (dem Blechpaket zugewandten) Innenseite der ersten Endplatte ein Zwischenraum zwischen dem Magneten und der Endplatte.
Wegen des Zwischenraums besteht kein direkter Kontakt des Magneten mit der ersten Endplatte, so dass diese keinen Druck auf den Magneten ausüben kann. Mit anderen Worten ist der Magnet von der Vertiefung (beziehungsweise deren Grund) beabstandet. Damit wird eine Beschädigung des Magneten vermieden. Dass die Vertiefung den Magneten axial überdeckt, kann so verstanden werden, dass die Vertiefung den Magneten in jeder Richtung einer Radialebene (beziehungsweise jede in einer Radialebene verlaufende Richtung) überragt. Insbesondere kann die Vertiefung über jede Seitenfläche des Magneten radial hinausstehen.
Optional kann die Vertiefung auch die Magnettasche, in welcher der Magnet angeordnet ist, axial überdecken. Das kann so verstanden werden, dass die Vertiefung die Magnettasche in jeder Richtung einer Radialebene (beziehungsweise jede in einer Radialebene verlaufende Richtung) überragt.
Insbesondere kann die Vertiefung über jede Seitenfläche der Magnettasche radial hinausstehen.
Sind an der ersten Endplatte mehrere Magneten angeordnet, kann für jeden Magneten eine derartige Vertiefung vorgesehen sein, welche den Magnet axial überdeckt. Optional kann eine derartige Vertiefung mehrere benachbarte Magnete, die jeweils an der ersten Endplatte angeordnet sind, axial überdecken.
Das Blechpaket kann aus den Elektroblechen gebildet werden, indem diese verschweißt, verklebt, stanzpaketiert oder auf andere Weise aneinander befestigt werden. Insbesondere kann das Blechpaket eine zylindrische Form haben. Ferner kann jedes Elektroblech eine zentrale Öffnung besitzen, die im montierten Zustand eine axiale Bohrung des Blechpakets bilden, durch die eine Rotorwelle des Rotors führen kann. Die Achse der Rotorwelle beziehungsweise des Rotors entspricht der Axialachse des Blechpakets.
Weiterhin kann das Blechpaket aus mehreren Blechpaketsegmenten zusammengesetzt sein, wobei eines oder mehrere der Blechpaketsegmente gegenüber einem oder mehreren der anderen Blechpaketsegmente verdreht sein können. Auf diese Weise kann das Rotationsverhalten des Rotors verbessert sein. Neben dem Rotor kann die elektrische Maschine über einen Stator verfügen, gegenüber dem der Rotor drehbar ist. Der Stator kann ein weiteres Blechpaket (Statorpaket) aufweisen, das aus gestapelten Elektroblechen gebildet ist.
Daneben kann der Stator Wicklungen elektrischer Leiter besitzen, zum Beispiel als Spulenwicklungen oder Flachdrahtwicklungen.
Die in eine (oder mehrere) der Magnettaschen eingesetzten Magnete sind vorzugsweise axial aneinandergereiht. Dadurch können bei der Montage des Rotors die Magnete einfach nacheinander in die Magnettasche eingesetzt beziehungsweise eingeschoben werden.
Die Magnettaschen können entlang des Umfanges des Blechpakets verteilt sein, zum Beispiel in gleichen Abständen voneinander. Optional können die Magnettaschen und die darin angeordneten Magnete jeweils verschiedene Größen aufweisen.
Die axial aneinandergereihten Magnete werden als „Magnetstapel“ bezeichnet.
Der Rotor kann mehrere solcher Magnetstapel aufweisen, die jeweils in einer Magnettasche angeordnet sind. Alternativ dazu kann in einer oder mehreren Magnettaschen jeweils anstelle mehrere Magnete nur ein einzelner Magnet angeordnet sein.
Ferner kann eine der Magnettaschen wie ein „Sackloch“ in dem Blechpaket ausgebildet sein, wobei die Magnettasche an der Axialseite des Blechpakets, welche der ersten Endplatte zugewandt ist, offen ist und an der gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets geschlossen ist. Dadurch kann auch die zweite Endplatte nicht in direkten Kontakt mit einem der Magnete der Magnettasche kommen. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der an der ersten Endplatte angeordnete Magnet in die Vertiefung hineinragt. Grundsätzlich ist die Länge des Magneten beziehungsweise eines Magnetstapels, zu dem der Magnet gehört, so gewählt, dass der Magnet mit der Axialseite des Blechpakets bündig abschließt.
Aufgrund von Fertigungstoleranzen kann jedoch der Magnet beziehungsweise Magnetstapel ein etwas größeres axiales Maß haben, so dass er etwas aus dem Blechpaket herausragt. Ferner kann das Herausragen von einem axialen Druck auf das Blechpaket bewirkt werden, der das Blechpaket leicht komprimiert. Dementsprechend ragt der Magnet in die Vertiefung hinein. Die Vertiefung kann aber so bemessen beziehungsweise tief sein, dass der Magnet trotz des Herausragens die erste Endplatte nicht berührt.
Im Rahmen der Erfindung kann es weiterhin vorgesehen sein, dass das axiale Maß der Vertiefung 1 mm, 2 mm oder 3 mm beträgt. Damit ist das Maß ausreichend groß, dass ein Kontakt des an der ersten Endplatte angeordneten Magnets mit der Endplatte zuverlässig vermieden wird.
Im Rahmen der Erfindung kann die Vertiefung mit einer radialen Entlüftungsöffnung der ersten Endplatte verbunden sein. Die Verbindung kann zum Beispiel als Vertiefung oder Hohlraum in der Endplatte ausgebildet sein, die beziehungsweise der sich von der Vertiefung radial bis zu der Entlüftungsöffnung erstreckt und von Luft durchströmbar ist. Die Entlüftungsöffnung erleichtert das Einbringen der Vergussmasse in Freiräume zwischen den Innenseiten der Magnettaschen und den Magneten, indem Luft aus einem solchen Freiraum über die Entlüftungsöffnung nach außen strömen kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Rotor können die erste Endplatte und die zweite Endplatte unter Verwendung von Spannelementen miteinander verbunden sein. Durch die Spannelemente wird das Blechpaket permanent mit einer Vorspannkraft beaufschlagt. Die Elektrobleche werden dadurch zusammengepresst und ein unerwünschtes Lösen der Elektrobleche wird auch bei hohen Drehzahlen vermieden. Vorzugsweise sind die Spannelemente als Schrauben ausgebildet, die jeweils mit einer Mutter an dem Blechpaket gesichert sein können. Die Schrauben stützen sich dazu mit ihren Schraubenköpfen an einer der Endplatten ab. Alternativ dazu können die Spannelemente auch als Gewindestangen ausgebildet sein, die an beiden Seiten mit Muttern verschraubt sind. Durch Anziehen der Muttern werden die Spannelemente gespannt, sodass eine bestimmte Vorspannkraft auf das Blechpaket ausgeübt wird, die ein Lösen der gestapelten Elektrobleche des Blechpakets voneinander vermeidet. Die Verspannung des Blechpakets kann jedoch auch ohne Verschraubung realisiert sein.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Magnete mit einer Vergussmasse vergossen sind. Normalerweise werden die Freiräume vollständig mit Vergussmasse gefüllt. Es ist jedoch auch möglich, die Freiräume nur teilweise mit Vergussmasse zu füllen. Als Vergussmasse eignet sich beispielsweise Epoxidharz, eine Mischung aus einem Epoxidharz und einem Härter, oder ein Klebstoff.
Die Vergussmasse kann nach dem Anordnen der Magnete in den Magnettaschen in das Blechpaket eingebracht beziehungsweise injiziert werden, sodass die Magnete formschlüssig in den Magnettaschen fixiert werden. Die Fixierung erschwert Relativbewegungen zwischen den Magneten und dem Blechpaket. Auf diese Weise wird unter anderem sichergestellt, dass die magnetischen Eigenschaften des Rotors gleichbleiben. Neben dem Rotor betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem Rotor der beschriebenen Art. Zusätzlich kann die elektrische Maschine über einen Stator verfügen, gegenüber dem der Rotor drehbar ist. Der Stator kann ein weiteres Blechpaket aufweisen, das aus gestapelten Elektroblechen gebildet ist. Daneben kann der Stator Wicklungen elektrischer Leiter besitzen, zum Beispiel als Spulenwicklungen oder Flachdrahtwicklungen. Zusätzlich kann die Maschine mit einem Gehäuse ausgestattet sein, in dem der Rotor und der Stator aufgenommen sind, wobei die Rotorwelle aus dem Gehäuse ragen kann. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer derartigen elektrischen Maschine, die zum Antreiben des Fahrzeugs vorgesehen ist. Die Maschine kann insbesondere ein Rad oder eine Achse des Fahrzeugs antreiben.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine, mit den folgenden Schritten:
- Bilden eines Blechpakets, in dem Magnettaschen angeordnet sind, aus gestapelten Elektroblechen, - Einsetzen mindestens eines Magneten in jede der Magnettaschen,
- Anordnen einer ersten Endplatte, welche an ihrer Innenseite eine Vertiefung aufweist, die einen an der ersten Endplatte angeordneten der Magnete axial überdeckt, an einer Axialseite des Blechpakets,
- Anordnen einer zweiten Endplatte an der gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets,
- Verspannen der beiden Endplatten miteinander unter Verwendung von Spannelementen, und
- Vergießen der in die Magnettaschen eingesetzten Magnete mit einer Vergussmasse.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Blechpakets und einer Rotorwelle eines erfindungsgemäßen Rotors,
Fig. 2 einen Ausschnitt des Blechpakets, Fig. 3 den mit Endplatten versehenen Rotor in einer Seitenansicht, Fig. 4 eine perspektivische Schnittansicht des Rotors, Fig. 5 eine Schnittansicht eines Bereiches des Rotors, und
Fig. 6 ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine mit dem Rotor.
Das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Blechpaket 2 mit der Rotorwelle 4 gehört zu dem erfindungsgemäßen Rotor für eine elektrische Maschine. Das Blechpaket 2 umschließt die Rotorwelle 4 und ist aus in Axialrichtung gestapelten Elektroblechen zusammengesetzt, bei denen es sich um identisch ausgebildete Stanzteile handelt. Die Elektrobleche sind auf fünf Blechpaketsegmente aufgeteilt, wobei aber auch eine andere Anzahl von Blechpaketsegmenten oder ein unsegmentiertes Blechpaket verwendbar sind.
Entlang seines Umfanges sind mehrere Magnettaschen 3, 5 in dem Blechpaket 2 angeordnet, die sich jeweils von der gezeigten Axialseite des Blechpaktes 2 bis zu seiner gegenüberliegenden Axialseite erstrecken. In einer Magnettasche 3, 5 sind axial mehrere quaderförmige Magnete 6, 7 aneinandergereiht, die einen Magnetstapel bilden. In dem Blechpaket sind insgesamt 32 solche Magnetstapel untergebracht, wobei auch eine andere Anzahl Magnetstapel verwendbar ist.
Die Magnettaschen 3, 5 sind unterschiedlich groß. Insbesondere kann zwischen größeren Magnettaschen 3 mit längeren axialen Öffnungen und kleineren Magnettaschen 5 mit kürzeren axialen Öffnungen unterschieden werden. In den größeren Magnettaschen 3 sind größere Magnete 6 mit längeren axialen Stirnflächen axial aneinandergereiht, während in den kleineren Magnettaschen 5 kleinere Magnete 7 mit kürzeren axialen Stirnflächen axial aneinandergereiht sind.
Zwei benachbarte größere Magnettaschen 3 sind bezüglich einer (nicht gezeigten) radialen Achse des Blechpakets 2 symmetrisch zueinander angeordnet, wobei die beiden größeren Magnettaschen 3 eine V-Form bilden. Ebenso sind zwei benachbarte kleinere Magnettaschen 5 bezüglich der radialen Achse symmetrisch zueinander angeordnet, wobei die beiden kleineren Magnettaschen 5 ebenfalls eine V-Form bilden. Eine andere Anordnung der Magnettaschen ist ebenfalls verwendbar.
Neben jedem Magnetstapel befinden sich zwei Freiräume 8, 9, die jeweils von dem Magnetstapel und dem Blechpaket 2 begrenzt sind. Mit anderen Worten weist jede Magnettasche 3, 5 einen an einer Seitenfläche der Magnettasche 3, 5 ausgebildeten ersten Freiraum 8 und einen an einer gegenüberliegenden Seitenfläche der Magnettasche 3, 5 ausgebildeten zweiten Freiraum 9 auf, die durch einen Magnetstapel voneinander getrennt sind. Der erste Freiraum 8 und der zweite Freiraum 9 verlaufen parallel zueinander von einer Axialseite bis zur gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets 2, wobei der zweite Freiraum 9 radial außerhalb des ersten Freiraums 8 verläuft.
Figur 3 zeigt den Rotor 1 mit einer ersten Endplatte 10 und einer zweiten Endplatte 11 in einer Seitenansicht. Die Endplatten 10, 11 sind an gegenüberliegenden Axialseiten des Blechpakets 2 angeordnet und unter Verwendung von Spannelementen miteinander verbunden. Dadurch wird das Blechpaket 2 permanent mit einer Druckkraft beziehungsweise Vorspannkraft beaufschlagt. Damit wird vermieden, dass sich die Elektrobleche des Blechpakets 2 voneinander lösen, insbesondere bei hohen Drehzahlen des Rotors 1.
Figur 4 zeigt eine Schnittansicht des Rotors 1. Die Spannelemente sind als Schrauben 12 ausgebildet. Jede der acht Schrauben 12 verläuft axial durch die erste Endplatte 10, das Blechpaket 2 und die zweite Endplatte 11. Hierfür sind die Endplatten 10, 11 und das Blechpaket 2 jeweils mit axialen Bohrungen versehen. Die Köpfe der Schrauben 12 sind an der ersten Endplatte 10 angeordnet und an der zweiten Endplatte 11 sind die Schrauben 12 mit Muttern (nicht sichtbar) verschraubt. Die erste Endplatte 10 weist erste Einfüllöffnungen 13 und zweite Einfüllöffnungen 14 auf, die zum Einfüllen von Vergussmasse in das Rotorpaket 2 bestimmt sind. Außerdem sind in der ersten Endplatte 10 gebildete radiale Entlüftungsöffnungen 15 dargestellt, die zum Entlüften des Blechpakets 2 beim Befüllen mit Vergussmasse dienen. Figur 5 zeigt eine perspektivische Schnittansicht eines Bereichs des Rotors. Man erkennt dort, dass die erste Endplatte 10 an ihrer Innenseite eine Vertiefung 16 aufweist, welche die Magnettasche 3 mitsamt dem darin angeordneten Magneten 6 axial überdeckt. Länge und Breite der Vertiefung 16 sind so gewählt, dass sie die Magnettasche 3 an jeder Seite überragt, das heißt, die Vertiefung 16 steht über die Magnettasche 3 hinaus.
Ferner ist zu erkennen, dass der Magnet 6 etwas in die Vertiefung 16 hineinragt. Trotzdem ist die axiale Stirnfläche des Magneten 6 von der Vertiefung 16 beziehungsweise deren Grund beabstandet. Dadurch besteht kein direkter Kontakt zwischen dem Magneten 3 und der ersten Endplatte 10.
Figur 6 zeigt schematisch ein Fahrzeug 22 mit einer elektrischen Maschine 23, die zum Antreiben des Fahrzeugs 22 dient. Die Maschine 22 weist ein Gehäuse 24 auf, in dem der erfindungsgemäße Rotor 1 und ein Stator 25 aufgenommen sind, der den Rotor 1 umgibt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Rotors 1 werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt: Bei einem ersten Verfahrensschritt wird das Blechpaket 2, in dem die Magnettaschen 3, 5 angeordnet sind, aus gestapelten Elektroblechen zusammengesetzt.
Bei einem zweiten Verfahrensschritt werden in jede Magnettasche 3, 5 mehrere Magnete 6, 7 eingesetzt. Insbesondere werden die Magnete 6, 7 axial aneinandergereiht, so dass sie einen Magnetstapel bilden. Neben jedem Magnetstapel verbleiben zwei Freiräume 8, 9, die jeweils von dem Magnetstapel und dem Blechpaket 2 begrenzt sind.
Bei einem dritten Verfahrensschritt wird die erste Endplatte 10 an einer Axialseite des Blechpakets 2 angeordnet. Die erste Endplatte 10 weist an ihrer Innenseite die Vertiefung 16 auf, welche einen an der ersten Endplatte 10 angeordneten Magneten 6 axial überdeckt.
Bei einem vierten Verfahrensschritt wird die zweite Endplatte 11 an der gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets 2 angeordnet.
Bei einem fünften Verfahrensschritt werden die beiden Endplatten 10, 11 mit den Schrauben 12 und den zugehörigen Muttern verspannt. Der auf diese Weise komplettierte Rotor 1 wird senkrecht ausgerichtet, mit der ersten Endplatte 10 oben.
Bei einem sechsten Verfahrensschritt werden die Magnete 6, 7 mit einer Vergussmasse vergossen, so dass die Freiräume 8, 9 mit der Vergussmasse gefüllt werden.
Nach dem Vergießen wird die Vergussmasse ausgehärtet. Außerdem kann die Rotorwelle 4 durch eine axial verlaufende zentrale Durchgangsöffnung des Blechpakets 2 geführt werden, so dass das Blechpaket 2 die Rotorwelle 4 umschließt beziehungsweise daran befestigt wird.
Bezugszeichenliste
1 Rotor
2 Blechpaket 3 Magnettasche
4 Rotorwelle
5 Magnettasche
6 Magnet
7 Magnet 8 Freiraum
9 Freiraum
10 Endplatte
11 Endplatte
12 Schraube 13 Einfüllöffnung
14 Einfüllöffnung
15 Entlüftungsöffnung
16 Vertiefung
22 Fahrzeug 23 elektrische Maschine
24 Gehäuse
25 Stator

Claims

Patentansprüche
1 . Rotor (1 ) für eine elektrische Maschine (23), umfassend:
- ein aus gestapelten Elektroblechen gebildetes Blechpaket (2) mit darin angeordneten Magnettaschen (3, 5),
- mehrere Magnete (6, 7), von denen in jede der Magnettaschen (3, 5) mindestens einer eingesetzt ist,
- eine an einer Axialseite des Blechpakets (2) angeordnete erste Endplatte (10), die an ihrer Innenseite eine Vertiefung (16) aufweist, die einen an der ersten Endplatte (10) angeordneten der Magnete (6, 7) axial überdeckt, und
- eine an der gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets (2) angeordnete zweite Endplatte (11).
2. Rotor (1) nach Anspruch 1 , wobei die Magnete (6, 7) axial aneinandergereiht sind.
3. Rotor (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der an der ersten Endplatte (10) angeordnete Magnet (6, 7) in die Vertiefung (16) hineinragt. 4. Rotor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefung
(16) 1 mm, 2 mm oder 3 mm tief ist.
5. Rotor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefung (16) mit einer radialen Entlüftungsöffnung (15) der ersten Endplatte (10) verbunden ist.
6. Rotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Blechpaket (2) mehrere Blechpaketsegmente aufweist. 7. Rotor (1) nach Anspruch 6, wobei eines der Blechpaketsegmente gegenüber einem anderen der Blechpaketsegmente in Umfangsrichtung verdreht ist. 8. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Endplatte (10) und die zweite Endplatte (11) unter Verwendung von Spannelementen miteinander verbunden sind.
9. Rotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Magnete (6, 7) mit einer Vergussmasse vergossen sind.
10. Elektrische Maschine (23) mit einem Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
11 . Fahrzeug (22) mit einer elektrischen Maschine (23) nach Anspruch 10, die zum Antreiben des Fahrzeugs (22) vorgesehen ist. 12. Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1 ) für eine elektrische Maschine
(23), mit den folgenden Schritten:
- Bilden eines Blechpakets (2), in dem Magnettaschen (3, 5) angeordnet sind, aus gestapelten Elektroblechen,
- Einsetzen mindestens eines Magneten (6, 7) in jede der Magnettaschen (3, 5), - Anordnen einer ersten Endplatte (10), welche an ihrer Innenseite eine Vertiefung
(16) aufweist, die einen an der ersten Endplatte (10) angeordneten der Magnete (6, 7) axial überdeckt, an einer Axialseite des Blechpakets (2),
- Anordnen einer zweiten Endplatte (11) an der gegenüberliegenden Axialseite des Blechpakets (2), - Verspannen der beiden Endplatten (10, 11) miteinander unter Verwendung von
Spannelementen und
- Vergießen der in die Magnettaschen (3, 5) eingesetzten Magnete (6, 7) mit einer Vergussmasse.
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